KR102330752B1 - 탄성이 우수한 다공성 고분자 박막의 제조방법, 이를 이용한 세포배양 장치의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세포배양 장치 - Google Patents

탄성이 우수한 다공성 고분자 박막의 제조방법, 이를 이용한 세포배양 장치의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세포배양 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄성이 우수한 다공성 고분자 박막의 제조방법, 이를 이용한 세포배양 장치의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세포배양 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 고분자 탄성체와 수용성 흡습제가 적정 비율로 혼합된 혼합용액을 상대습도를 높게 유지한 상태에서 스핀 코팅함으로써 균일한 두께 및 기공크기를 가지면서 탄성이 우수한 박막을 형성할 수 있다. 또한 본 발명의 다공성 고분자 박막은 두께 및 기공크기의 조절이 가능하며, 높은 공극률을 가져 세포 공배양에서 세포 간의 활발한 상호작용을 유도할 수 있고, 생체 적합성 및 탄성이 우수하여 세포정렬 또는 세포배열을 조절할 수 있으며, 줄기세포 분화유도 플랫폼, 랩온어칩, 인공피부 모사 플랫폼 등으로 활용 가능한 이점이 있다.

Description

탄성이 우수한 다공성 고분자 박막의 제조방법, 이를 이용한 세포배양 장치의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세포배양 장치{METHOD FOR MANUFACTURING POROUS POLYMER THIN FILM HAVING EXCELLENT FLEXIBILITY, METHOD FOR PREPARING CELL CULTURE APPARATUS USING THE SAME, CELL CULTURE APPARATUS PREPARED THEREBY}
본 발명은 탄성이 우수한 다공성 고분자 박막의 제조방법, 이를 이용한 세포배양 장치의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세포배양 장치에 관한 것이다.
조직 내의 세포는 끊임없는 주변 세포와의 상호작용과 세포외기질(extracellular matrix, ECM)과의 상호작용을 통해 조직의 기능 및 항상성을 유지한다. 동형 세포 상호작용(homotypic cell-cell interaction) 혹은 이형 세포 상호작용(heterotypic cell-cell interaction)은 조직의 발달이나 생체 내 면역 유도, 상처 치유, 줄기세포 유지 및 분화 등에 관여하는 중요한 기작으로 알려져 있다. 체내에서 세포는 직접 접촉(contact-dependent stimulus) 혹은 수용성 인자의 교환(soluble stimulus), 즉 사이토카인, 케모카인 및 성장 인자를 통한 간접 접촉을 통해 상호 소통을 한다.
세포 상호작용을 통해 특정 세포의 기능을 조절하는 방법 중 대표적인 것은 공배양(co-culture)이다. in vitro에서 생체 내 환경을 모사하여 세포 간 신호 기작을 연구하거나 다시 생체 내에 이식하여 사용하는 조직공학에서도 공배양 플랫폼의 중요성이 대두되고 있다. 그뿐만 아니라, 줄기세포의 경우 기질세포들과 공배양을 통해 in vitro 상에서 신경 세포, 심근 세포, 연골 세포, 혈액 세포 등을 포함한 다양한 세포로 분화 유도될 수 있다.
하지만 이종 세포간 공배양은 세포들간의 오염 발생 및 이로 인한 부작용 문제가 늘 존재한다. 또한 어느 한 쪽의 세포가 기하 급수적으로 증식하는 경우 일정한 세포 상호작용을 유도하기 어려워진다. 이를 해소하기 위하여 다공성 박막으로 분리된 세포 공배양 플랫폼이 도입되었다.
그러나 상용화된 막 기재의 공배양 시스템의 경우 낮은 공극률과 마이크로미터 단위의 두꺼운 두께로 인해 세포 간 상호작용이 활발하지 못할 뿐만 아니라 탄성이 없기 때문에 세포의 정렬을 유도할 수 없는 한계가 있다. 랩온어칩 중 폐를 모사하는 시스템에서는 신축성을 갖는 공배양 막이 필수적으로 필요한데, 이를 위해 PDMS (Polydimethylsiloxane)를 이용한 연구가 대부분으로 탄성을 갖는 공배양 박막에 대한 연구는 미비한 실정이다.
종래 한국등록특허 제10-1621173호는 셀룰로오스 아세테이트와 같은 폴리머를 비용제성 증기유도 상분리 방법에 의해 상대습도를 조절하여 나노스케일의 다공성 박막을 제조하는 것을 개시하고 있다. 그러나 상기 다공성 박막은 신축성이 없어 그 용도가 제한적이며, 생분해성을 지니지 않아 생체 재료로 사용하는데 한계가 있다.
한국등록특허 제10-1621173호
상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 균일한 두께 및 기공크기를 가지면, 탄성이 우수한 다공성 고분자 박막의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 세포 공배양에서 세포 간의 활발한 상호작용을 갖는 다공성 고분자 박막을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 다공성 고분자 박막을 포함하는 세포배양용 지지체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 생체 적합성 및 탄성이 우수하여 세포정렬 또는 세포배열 조절이 가능한 상기 세포배양용 지지체를 포함하는 세포배양 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 상기 다공성 고분자 박막을 이용한 세포배양 장치의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 상기 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 다공성 고분자 박막의 제조방법을 제공한다.
상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(L-락타이드-코-글리코라이드), 폴리(L-락타이드-코-D-락타이드), 폴리락티드, 폴리카프로락톤, 폴리글리코라이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 수용성 흡습제는 LiCl, CaCl2, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCl2, FeCl3, 및 K2CO3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭사이드, 디메틸아세트아미드, 메탄올, 에탄올, 클로로포름 및 디클로로메탄 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.05~0.4 중량비로 혼합할 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 70~85%로 조절할 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 1000~4000 rpm의 속도로 10초 내지 1분 동안 수행할 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막은 두께가 300 nm 내지 3 ㎛이고, 기공 크기가 100 nm 내지 5 ㎛이며, 공극률이 20~80 %일 수 있다.
상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(L-락타이드-코-글리코라이드) 또는 이들의 혼합물이고, 상기 수용성 흡습제는 LiCl이고, 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란이고, 상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.1~0.3 중량비로 혼합하고, 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 74~76%로 조절하고, 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 2800~3400 rpm의 속도로 20초 내지 40초 동안 수행하고, 상기 다공성 고분자 박막은 두께가 700~960 nm이고, 기공 크기가 900 nm 내지 1.2 ㎛이며, 공극률이 35~45 %일 수 있다.
상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤)이고, 상기 수용성 흡습제는 LiCl이고, 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란이고, 상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.2 중량비로 혼합하고, 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 75%로 조절하고, 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 3000 rpm의 속도로 30초 동안 수행하고, 상기 다공성 고분자 박막은 두께가 960 nm이고, 기공 크기가 1 ㎛이며, 공극률이 37%일 수 있다.
또한, 본 발명은 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합한 혼합용액을 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 형성된 다공성 고분자 박막으로, 상기 다공성 고분자 박막은 두께가 300 nm 내지 3 ㎛이고, 기공 크기가 100 nm 내지 5 ㎛이며, 공극률이 20~80%인 것인 다공성 고분자 박막을 제공한다.
상기 다공성 고분자 박막은 의료용, 세포배양용 또는 미용 다공성 고분자 박막일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 다공성 고분자 박막을 포함하는 세포배양용 지지체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 세포배양용 지지체를 포함하는 세포배양 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 상기 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계; 상기 다공성 고분자 박막에 함유된 수용성 흡습제를 제거하는 단계; 상기 수용성 흡습제가 제거된 다공성 고분자 박막을 연신하는 단계; 및 상기 연신된 다공성 고분자 박막을 세포 상에 위치시키는 단계;를 포함하는 세포배양 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 다공성 고분자 박막의 수용성 흡습제를 제거하는 단계는 상기 다공성 고분자 박막을 물에 함침시켜 용해된 수용성 흡습제를 제거하는 것일 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막을 연신하는 단계는 연신온도가 20~40 ℃이고, 연신배율은 30~60%일 수 있다.
본 발명에 따른 다공성 고분자 박막은 생분해성 고분자 탄성체와 수용성 흡습제가 적정 비율로 혼합된 혼합용액을 상대습도를 높게 유지한 상태에서 스핀 코팅함으로써 높은 공극률과 균일한 두께 및 기공크기를 가지면서 탄성이 우수한 박막을 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막은 두께 및 기공크기의 조절이 가능하며, 높은 공극률을 가져 세포 공배양에서 세포 간의 활발한 상호작용을 유도할 수 있고, 생체 적합성 및 탄성이 우수하여 세포정렬 또는 세포배열을 조절할 수 있으며, 줄기세포 분화유도 플랫폼, 랩온어칩, 인공피부 모사 플랫폼 등으로 활용 가능한 이점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막의 제조방법 및 이를 이용한 응용방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 기존의 상용화된 공배양 막(왼쪽)과 본 발명의 실시예 1에서 제조된 다공성 막(오른쪽)을 비교한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1, 2와 비교예 1-1, 1-2 및 2-1 내지 2-4에서 제조된 다공성 고분자 박막의 표면 형태를 측정한 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 원자간력 현미경을 이용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 스핀 속도에 따른 다공성 고분자 박막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 생존/사멸 분석법을 통한 세포 생존력을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 연신배율에 따른 세포정렬 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막을 이용한 인공피부 모사 플랫폼의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에서 "상대 습도"는 공기 중의 수증기의 농도를 말하며, 동일한 온도에서 물의 포화 증기압에 대한 혼합물 내의 수증기의 분압의 비로 정의된다. 상대 습도는 보통 백분율로 표시된다.
본 발명에서 "상분리"(phase separation)는 균질한 시스템(예를 들어, 도핑 제형)을 둘 이상의 상으로 변환하는 것을 말한다. 본 발명에서는 증기유도 상분리(VIPS; vapor induced phase separation) 메커니즘에 의해 수행된 것일 수 있다.
본 발명은 탄성이 우수한 다공성 고분자 박막의 제조방법, 이를 이용한 세포배양 장치의 제조방법 및 이에 의해 제조된 세포배양 장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명은 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 상기 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 다공성 고분자 박막의 제조방법을 제공한다.
기존의 공배양 시스템용 다공성 고분자 박막은 낮은 공극률과 마이크로미터 단위의 두꺼운 두께로 인해 세포 간 상호작용이 활발하지 못하였다. 또한 셀룰로오스 아세테이트와 같은 고분자를 이용한 고분자 박막을 사용할 경우 고분자 자체에 탄성이 없어 세포배열 또는 세포정렬을 조절하는 것이 어려웠다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 생분해성 고분자 탄성체와 수용성 흡습제를 혼합하여 상대습도를 높게 유지한 상태에서 스핀 코팅함으로써 탄성이 우수한 다공성 고분자 박막을 제공할 수 있었다.
도 1은 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막의 제조방법 및 이를 이용한 응용방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 상기 도 1을 참조하면, 폐쇄 챔버 내에서 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 포함한 혼합용액이 도포된 기판을 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성한 것을 보여준다. 형성된 다공성 고분자 박막은 수용성 흡습제를 제거한 후 연신하여 세포배양 지지체(위) 또는 세포배양 장치로 응용되는 것을 보여준다.
도 2는 기존의 상용화된 공배양 막(왼쪽)과 본 발명의 실시예 1에서 제조된 다공성 막(오른쪽)을 비교한 사진이다. 상기 도 2를 참조하면, 기존의 상용화된 공배양 막은 두께가 약 10 ㎛이며 불투명한 흰색을 가지나, 본 발명의 다공성 고분자 박막은 기존 공배양 막에 비해 상대적으로 얇은 1 ㎛ 정도의 두께를 가져 반투명한 것을 보여준다. 본 발명의 다공성 고분자 박막은 박막 두께가 얇아 기존의 공배양 막에 비해 세포간 상호작용을 보다 활발하게 유도할 수 있음을 알 수 있다.
구체적으로 상기 혼합용액을 제조하는 단계에서 상기 생분해성 고분자 탄성체는 높은 탄성으로 피부와 유사한 물리적 특성을 가지며, 신축성 및 생체 적합성이 우수한 이점이 있다. 그러나 증기유도 상분리에 의한 다공성 고분자 박막을 형성하기 위해서는 상기 생분해성 고분자 탄성체가 소수성(hydrophobicity)이 매우 커서 상대습도를 올려주는 것만으로는 상분리를 유도할 수 없다. 이에 상기 생분해성 고분자 탄성체에 수용성 흡습제를 혼합한 후 증기유도 상분리를 수행함으로써 다공성 고분자 박막을 형성할 수 있다.
상기 생분해성 고분자 탄성체는 유리전이온도(Tg)가 영하 20 내지 영상 20 ℃이고, 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 800,000 g/mol일 수 있으며, 상온에서 탄성체로의 물성을 가질 수 있다. 상기 생분해성 고분자 탄성체의 구체적인 예로 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(L-락타이드-코-글리코라이드), 폴리(L-락타이드-코-D-락타이드), 폴리락티드, 폴리카프로락톤, 폴리글리코라이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(L-락타이드-코-글리코라이드) 및 폴리(L-락타이드-코-D-락타이드)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(L-락타이드-코-글리코라이드) 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤) (poly(L-lactide-co-caprolactone), PLCL)일 수 있다.
상기 PLCL은 L-락타이드 및 카프로락톤의 몰비가 1 내지 9 : 9 내지 1이고, 수평균분자량(Mn)이 50,000 내지 500,000 g/mol이며, 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 800,000 g/mol일 수 있다. 상기 PLCL은 상기 몰비, 수평균분자량 및 중량평균분자량 범위를 모두 만족할 때 인간 피부와 유사한 수준의 우수한 탄성을 가질 수 있다.
상기 수용성 흡습제는 LiCl, CaCl2, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCl2, FeCl3, 및 K2CO3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 LiCl, CaCl2 및 ZnCl2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 LiCl일 수 있다. 상기 수용성 흡습제는 상기 기판 상에 도포된 혼합용액이 스핀 코팅되는 과정에서 상기 생분해성 고분자 탄성체가 높은 상대습도 조건에서 주변의 습기 또는 물을 잘 흡수하도록 흡습 현상을 유도하여 상분리가 원활하게 일어날 수 있도록 도와주는 역할을 할 수 있다.
상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭사이드, 디메틸아세트아미드, 메탄올, 에탄올, 클로로포름 및 디클로로메탄 중에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드 및 N-메틸-2-피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 테트라하이드로퓨란일 수 있다.
상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.05~0.4 중량비, 바람직하게는 1: 0.1~0.3 중량비, 보다 바람직하게는 1: 0.15~0.25 중량비, 가장 바람직하게는 1:0.2 중량비로 혼합할 수 있다. 이때, 상기 수용성 흡습제의 함량이 0.05 중량비 미만이면 상기 생분해성 고분자 탄성체의 소수성이 강하여 상분리가 일어나지 않을 수 있다. 반대로, 상기 수용성 흡습제의 함량이 0.4 중량부 초과이면 상분리가 과도하게 일어나 다공성 고분자 박막의 기공 크기가 너무 커질 수 있다. 이로 인해 의료용, 세포배양용 또는 미용 다공성 고분자 박막으로의 적용이 어려울 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 증기유도 상분리 방법에 의해 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 상기 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성할 수 있다.
상기 상대습도는 비용매(non-solvent)인 물에 과포화염이 혼합된 과포화염 용액을 이용하여 65~90%의 범위로 조절할 수 있으며, 바람직하게는 70~85%, 보다 바람직하게는 72~80%, 가장 바람직하게는 74~76%로 조절할 수 있다. 이때, 상기 상대습도가 65% 미만이면 생분해성 고분자 탄성체의 극소수성으로 인해 상분리가 일어나지 않아 다공성 고분자 박막이 제대로 형성되지 않을 수 있다. 반대로 상기 상대습도가 90% 초과이면 상분리가 과도하게 일어나 다공성 고분자 박막의 기공 크기가 너무 커져 의료용, 세포배양용 또는 미용을 목적으로 한 용도로 적용이 어려울 수 있다. 이때, 상기 과포화염은 상대습도의 조절을 위해 사용될 수 있으며, 수화 정도가 염의 종류에 따라 다를 수 있다. 상기 과포화염의 구체적인 예로는 NaCl, CaCl2, MgCl2, KCO3, NaBr 및 KCl으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 NaCl, CaCl2 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는 NaCl일 수 있다. 상기 NaCl은 상대습도가 70~80%인 경우에 사용될 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 1000~4000 rpm의 속도로 10초 내지 1분 동안 수행할 수 있다. 바람직하게는 2000~3800 rpm의 속도로 15초 내지 50초, 보다 바람직하게는 2800~3400 rpm의 속도로 20초 내지 40초, 가장 바람직하게는 3000 rpm의 속도로 30초 동안 수행할 수 있다. 이때, 상기 스핀 코팅의 속도가 1000 rpm 미만이거나 코팅 시간이 10초 미만이면 공극률이 낮고 막 두께가 3 ㎛ 초과로 두꺼워져 세포 간 상호작용이 어려울 수 있다. 반대로, 상기 스핀 코팅의 속도가 4000 rpm 초과이거나 코팅 시간이 1분 초과이면 막 두께가 너무 얇아져 인장강도가 급격하게 저하될 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막은 두께가 300 nm 내지 3 ㎛이고, 기공 크기가 100 nm 내지 5 ㎛이며, 공극률이 20~80%일 수 있다. 바람직하게는 상기 다공성 고분자 박막은 두께가 650 nm 내지 1.2 ㎛이고, 기공 크기가 700 nm 내지 1.5 ㎛이며, 공극률이 30~60 %일 수 있고, 보다 바람직하게는 두께가 700~960 nm이고, 기공 크기가 900 nm 내지 1.2 ㎛이며, 공극률이 35~45 %일 수 있고, 가장 바람직하게는 두께가 960 nm이고, 기공 크기가 1 ㎛이며, 공극률이 37%일 수 있다.
이때, 상기 다공성 고분자 박막의 두께가 300 nm 미만이거나, 기공 크기가 100 nm 미만이거나, 공극률이 20% 미만인 경우 세포 간의 활발한 상호작용을 유도하는 것이 어려울 수 있다. 반대로 상기 다공성 고분자 박막의 두께가 3 ㎛ 초과이거나, 기공 크기가 5 ㎛ 초과이거나, 공극률이 80% 초과인 경우 다공성 고분자 박막의 탄성 및 인장강도가 저하될 수 있다.
특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막을 제조하는 과정에서 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제의 종류 및 그 혼합비율, 유기용매의 종류, 상대습도 및 스핀 코팅 조건을 달리하여 다공성 고분자 박막을 제조한 후 탄성계수 및 인장강도를 측정하였다.
그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건을 모두 만족하였을 때 다공성 고분자 박막이 700~960 nm의 두께, 900 nm 내지 1.2 ㎛의 기공 크기, 35~45%의 공극률을 가지며, 탄성계수 및 인장강도가 고르게 우수한 결과를 나타내었다.
① 상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(L-락타이드-코-글리코라이드) 또는 이들의 혼합물이고, ② 상기 수용성 흡습제는 LiCl이고, ③ 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란이고, ④ 상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.1~0.3 중량비로 혼합하고, ⑤ 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 74~76%로 조절하고, ⑥ 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 2800~3400 rpm의 속도로 20초 내지 40초 동안 수행하고, ⑦ 상기 다공성 고분자 박막은 두께가 700~960 nm이고, 기공 크기가 900 nm 내지 1.2 ㎛이며, 공극률이 35~45 %일 수 있다.
다만, 상기 7가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 상기 다공성 고분자 박막의 두께와 기공크기가 제어되지 않았고, 탄성계수 및 인장강도의 물리적 강도가 저하되어 의료용, 세포배양용 또는 미용을 목적으로 한 용도로의 활용이 불가능하였다.
또한, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막의 제조방법에 있어서, 가장 바람직한 하기 범위를 모두 만족하였을 때, 다공성 고분자 박막의 두께, 기공크기 및 공극률이 최적화되어 세포배열 및 세포정렬을 보다 정밀하게 조절할 수 있었고, 세포의 종류에 제약이 없이 박막 전체에 걸쳐 균일한 배양환경을 제공하였다.
① 상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤)이고, ② 상기 수용성 흡습제는 LiCl이고, ③ 상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란이고, ④ 상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.2 중량비로 혼합하고, ⑤ 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 75%로 조절하고, ⑥ 상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 3000 rpm의 속도로 30초 동안 수행하고, ⑦ 상기 다공성 고분자 박막은 두께가 960 nm이고, 기공 크기가 1 ㎛이며, 공극률이 37%일 수 있다.
다만, 상기 7가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 세포배열 및 세포정렬을 정밀하게 조절하는 것이 불가능하였으며, 기공 크기가 일정하지 않아 박막 전체에 균일한 배양환경을 제공하는 것이 어려웠다.
한편, 본 발명은 유기용에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합한 혼합용액을 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 형성된 다공성 고분자 박막으로, 상기 다공성 고분자 박막은 두께가 300 nm 내지 3 ㎛이고, 기공 크기가 100 nm 내지 5 ㎛이며, 공극률이20~80 %인 것인 다공성 고분자 박막을 제공한다.
상기 다공성 고분자 박막은 의료용, 세포배양용 또는 미용 다공성 고분자 박막일 수 있으며, 바람직하게는 의료용 또는 세포배양용 다공성 고분자 박막일 수 있고, 가장 바람직하게는 세포배양용 다공성 고분자 박막일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 다공성 고분자 박막을 포함하는 세포배양용 지지체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 세포배양용 지지체를 포함하는 세포배양 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 상기 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계; 상기 다공성 고분자 박막에 함유된 수용성 흡습제를 제거하는 단계; 상기 수용성 흡습제가 제거된 다공성 고분자 박막을 연신하는 단계; 및 상기 연신된 다공성 고분자 박막을 세포 상에 위치시키는 단계;를 포함하는 세포배양 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 다공성 고분자 박막의 수용성 흡습제를 제거하는 단계는 상기 다공성 고분자 박막을 물에 함침시켜 용해된 수용성 흡습제를 완전히 제거할 수 있다.
상기 다공성 고분자 박막을 연신하는 단계는 탄성이 우수한 상기 다공성 고분자 박막을 연신배율에 따라 적절하게 늘림으로써 세포정렬 또는 세포배열을 조절할 수 있다. 이때 상기 연신온도는 20~40 ℃이고, 연신배율은 30~60%일 수 있다. 바람직하게는 연신온도가 22~35 ℃이고, 연신배율이 35~58%일 수 있고, 가장 바람직하게는 연신온도가 24~26 ℃이고, 연신배율이 45~50%일 수 있다. 상기 연신온도가 20 ℃ 미만이거나, 연신배율이 30% 미만인 경우 다공성 고분자 박막이 제대로 늘어나지 않아 세포정렬 또는 세포배열을 조절할 수 없다. 반대로 상기 연신온도가 40 ℃ 초과이거나, 연신배율이 60% 초과일 때 다공성 고분자 박막이 과도하게 늘어나 찢어질 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막을 이용한 인공피부 모사 플랫폼의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 인공피부 모사 플랫폼은 각질 세포의 분화가 중요한 이슈이기 때문에 다공성 고분자 박막을 이용하여 각질세포의 계층적 분화를 유도할 수 있다. 특히 각질세포의 분화는 섬유아세포와 각질세포간의 상호작용이 매우 중요하다. 본 발명에서는 상기 섬유아세포와 각질세포 사이에 다공성 고분자 박막을 형성하여 두 세포 간의 상호작용을 활발하게 하여 각질세포의 분화를 효율적으로 유도할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 다공성 고분자 박막은 생분해성 고분자 탄성체와 수용성 흡습제가 적정 비율로 혼합된 혼합용액을 상대습도를 높게 유지한 상태에서 스핀 코팅함으로써 높은 공극률과 균일한 두께 및 기공크기를 가지면서 탄성이 우수한 박막을 형성할 수 있다. 또한 두께 및 기공크기의 조절이 가능하며, 높은 공극률을 가져 세포 공배양에서 세포 간의 활발한 상호작용을 유도할 수 있고, 생체 적합성 및 탄성이 우수하여 세포정렬 또는 세포배열을 조절할 수 있다. 나아가, in vitro에서 체내환경 모사 모델 제작을 통해 조직공학에 유용하게 적용될 수 있을 뿐만 아니라 줄기세포 분화유도 플랫폼, 랩온어칩, 인공피부 모사 플랫폼 등으로 활용 가능한 이점이 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
유기용매인 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 100 ml에 생분해성 고분자 탄성체인 PLCL(poly(lactide-co-caprolactone)과 수용성 흡습제인 LiCl을 각각 1:0.2 중량비로 총 6g을 투입하여 혼합용액을 제조하였다. 이때, 두 용질을 용매에 완벽하게 녹이기 위해 6시간 동안 볼텍서(vortex)을 이용하여 잘 섞어주었다. 상기 혼합용액을 섭씨 30도에서 물에 과포화염인 NaCl이 혼합된 과포화염 용액을 사용하여 상대습도(relative humidity, RH)가 75%가 되도록 조절한 폐쇄된 챔버 안에서 3000 rpm으로 30초 동안 스핀 코팅하여 유리 기판 상에 다공성 고분자 박막을 형성하였다.
실시예 2
PLCL(poly(lactide-co-caprolactone) 및 LiCl를 1:0.4 중량비로 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 다공성 고분자 박막을 형성하였다.
비교예 1-1
수용성 흡습제인 LiCl을 혼합하지 않고, PLCL(poly(lactide-co-caprolactone)을 단독 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 다공성 고분자 박막을 형성하였다.
비교예 1-2
PLCL(poly(lactide-co-caprolactone) 및 LiCl를 1:0.6 중량비로 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 다공성 고분자 박막을 형성하였다.
비교예 2-1 내지 2-4
유기용매인 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF)에 PLCL(poly(lactide-co-caprolactone) 및 LiCl를 1:0(비교예 2-1), 1:0.2(비교예 2-2), 1:0.4(비교예 2-3), 1: 0.6(비교예 2-4)의 비율로 각각 혼합한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 각각의 혼합용액을 제조하였다. 각 혼합용액은 때, 두 용질을 용매에 완벽하게 녹이기 위해 6시간 동안 볼텍서(vortex)을 이용하여 잘 섞어주었다. 그 다음 상기 혼합용액을 섭씨 30도에서 물에 과포화염인 CaCl2가 혼합된 과포화염 용액을 상대습도(relative humidity, RH)가 29%가 되도록 조절된 폐쇄된 챔버 안에서 3000 rpm으로 30초 동안 스핀 코팅하여 유리 기판 상에 다공성 고분자 박막을 형성하였다.
실험예 1-1: 다공성 고분자 박막의 표면 형태 및 다공성 구조 분석
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1-1, 1-2, 2-1 내지 2-4에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 표면 형태(morphology)와 다공성 구조를 확인하기 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)과 원자간력 현미경(atomic force microscopy, AFM)을 이용하여 분석하였다. 그 결과는 도 3 및 4에 나타내었다.
도 3은 상기 실시예 1, 2와 비교예 1-1, 1-2 및 2-1 내지 2-4에서 제조된 다공성 고분자 박막의 표면 형태를 측정한 SEM 사진이다. 상기 도 3을 참조하면, 75%의 높은 상대습도(RH)에서 PCLC 및 LiCl이 각각 1: 0.2 및 1: 0.4 중량비로 혼합된 상기 실시예 1 및 2의 경우 일정한 기공 크기를 갖는 다공성 고분자 박막이 형성된 것을 확인하였다. 또한 LiCl의 함량이 0.4 중량비로 증가하였을 때 기공 크기가 증가하는 것을 알 수 있었다. 상기 실시예 1의 경우 막 두께가 960 nm였고, 기공 크기가 1 ㎛였으며, 공극률이 37%인 것을 확인하였다. 또한 상기 실시예 2의 경우 막 두께가 816 nm였고, 기공 크기가 5 ㎛였으며, 공극률이 68%인 것을 확인하였다.
반면에, 상기 비교예 1-1의 경우 PLCL를 단독 사용함으로 인해 다공성 구조가 전혀 형성되지 않았고, 상기 비교예 1-2의 경우 과량의 수용성 흡습제(LiCl)의 혼합으로 과도한 흡습 현상이 발생하였고, 이로 의해 과격한 상분리가 일어나 프리스탠딩(freestanding) 박막을 얻을 수 없었다. 또한 상기 비교예 2-1 내지 2-4의 경우 낮은 상대습도(Low RH)로 인해 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제의 혼합비에 관계없이 전반적으로 다공성 구조를 구현하기 어려운 것을 확인하였다.
이를 통해 상대습도 조건과 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제의 혼합비 조건을 모두 조절함으로써 다공성 고분자 박막의 기공크기를 제어할 수 있음을 알 수 있었다.
도 4는 상기 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 원자간력 현미경을 이용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 4를 참조하면, 다공성 고분자 박막의 표면에 복수개의 기공들이 일정 크기로 고르게 형성된 것을 확인하였다. 또한 상기 도 4의 그래프는 다공성 고분자 박막에 대한 AFM 이미지의 측면 단면을 보여주는 것으로 복수개의 기공들이 박막 전체에 고르게 분포하는 것을 확인하였다.
실험예 1-2: 다공성 고분자 박막의 세포형태 및 다공성 구조 분석
상기 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 스핀 속도에 따른 다공성 고분자 박막의 두께 변화를 확인하기 위해 스핀 속도를 1000, 2000, 3000 rpm으로 각각 다르게 하여 다공성 고분자 박막을 형성한 후 막 두께를 측정하였다. 그 결과는 도 5에 나타내었다.
도 5는 상기 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 스핀 속도에 따른 다공성 고분자 박막의 두께 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 도 5를 참조하면, 스핀 속도가 3000 rpm, 2000 rpm, 1000 rpm일 때, 각각의 막 두께가 960 nm, 1 ㎛, 1.75 ㎛의 순서로 증가한 것을 확인하였다. 즉, 스핀 코팅공정에서 스핀 속도를 조절함에 따라 다공성 고분자 박막의 두께를 제어할 수 있음을 알 수 있었으며, 스핀 속도가 3000 rpm일 때 가장 적절한 막 두께를 갖는 것을 확인하였다.
실험예 2-1: 다공성 고분자 박막의 세포 생존율 평가
상기 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 생체 적합성을 확인하기 위해 다음과 같은 방법으로 평가하였다. 상기 다공성 고분자 박막을 물에 함침시킨 후 박막 내 함유된 수용성 흡습제를 용해시켰다. 그 다음 수용성 흡습제(LiCl)가 용해된 물을 제거한 후 기판으로부터 다공성 고분자 박막을 분리하였다. 상기 분리된 다공성 고분자 박막은 박막 대비 30%의 비율로 연장시킨 후 상기 도 1에 나타낸 바와 같이 PET 링이나 Transwell insert에 고정시켰다. 그 다음 고정된 다공성 고분자 박막은 통상의 생존/사멸 분석법(live/dead assy)을 이용하여 7일간 세포 생존율을 평가하였다. 그 결과는 도 6에 나타내었다.
도 6은 상기 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 생존/사멸 분석법을 통한 세포 생존력을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 6을 참조하면, 초록색은 살아있는 세포이고, 빨간색은 죽은 세포를 의미하는데 7일차의 세포 생존율(viability)이 1일차와 비교하여 유사한 수준으로 유지된 것으로 보아 다공성 고분자 박막이 우수한 생체 적합성을 가져 세포배양용 지지체, 세포배양 장치 또는 인공피부로의 적용이 가능함을 알 수 있었다.
실험예 2-2: 다공성 고분자 박막의 연신배율에 따른 세포정렬 특성 평가
상기 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 인장율에 따른 세포정렬 특성을 확인하기 위해 상기 실험예 2-1와 동일한 방법으로 실시하되, 0, 30, 60%의 연신배율로 다공성 고분자 박막을 늘려 세포 정렬을 확인하였다. 그 결과는 도 7에 나타내었다.
도 7은 상기 실시예 1에서 제조된 다공성 고분자 박막에 대하여 연신배율에 따른 세포정렬 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 7을 참조하면, 상기 다공성 고분자 박막은 연신배율에 따라 세포정렬이 달라지는 것을 확인하였다. 또한 상기 도 7의 그래프는 세포 정렬 방향을 정량화하여 나타낸 것으로 연신배율이 증가할수록 일정한 방향의 배열을 갖는 세포 수가 증가하는 것을 알 수 있었다. 특히 0°에서의 연신 배율에 비해 60%의 연신 배율에서 세포수가 확연하게 증가하는 것을 확인하였다.

Claims (17)

  1. 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및
    폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 상기 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤)이고,
    상기 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤)은 L-락타이드 및 카프로락톤의 몰비가 1 내지 9 : 9 내지 1이고, 수평균분자량(Mn)이 50,000 내지 500,000 g/mol이며, 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 800,000 g/mol인 것이고,
    상기 다공성 고분자 박막은 20~40 ℃의 온도에서 30~60%의 연신배율을 가지는 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 흡습제는 LiCl, CaCl2, ZnCl2, KOH, NaOH, MgCl2, FeCl3, 및 K2CO3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 디에틸포름아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭사이드, 디메틸아세트아미드, 메탄올, 에탄올, 클로로포름 및 디클로로메탄 중에서 선택되는 1종 이상인 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.05~0.4 중량비로 혼합하는 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 70~85%로 조절하는 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 1000~4000 rpm의 속도로 10초 내지 1분 동안 수행하는 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 고분자 박막은 두께가 300 nm 내지 3 ㎛이고, 기공 크기가 100 nm 내지 5 ㎛이며, 공극률이 20~80 %인 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤), 폴리(L-락타이드-코-글리코라이드) 또는 이들의 혼합물이고,
    상기 수용성 흡습제는 LiCl이고,
    상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란이고,
    상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.1~0.3 중량비로 혼합하고,
    상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 74~76%로 조절하고,
    상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 2800~3400 rpm의 속도로 20초 내지 40초 동안 수행하고,
    상기 다공성 고분자 박막은 두께가 700~960 nm이고, 기공 크기가 900 nm 내지 1.2 ㎛이며, 공극률이 35~45 %인 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤)이고,
    상기 수용성 흡습제는 LiCl이고,
    상기 유기용매는 테트라하이드로퓨란이고,
    상기 혼합용액을 제조하는 단계는 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 1: 0.2 중량비로 혼합하고,
    상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계는 과포화염 용액을 이용하여 상대습도를 75%로 조절하고,
    상기 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계에서 스핀 코팅은 3000 rpm의 속도로 30초 동안 수행하고,
    상기 다공성 고분자 박막은 두께가 960 nm이고, 기공 크기가 1 ㎛이며, 공극률이 37%인 것인 다공성 고분자 박막의 제조방법.
  11. 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합한 혼합용액을 폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 형성된 다공성 고분자 박막으로,
    상기 생분해성 고분자 탄성체는 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤)이고,
    상기 폴리(L-락타이드-코-카프로락톤)은 L-락타이드 및 카프로락톤의 몰비가 1 내지 9 : 9 내지 1이고, 수평균분자량(Mn)이 50,000 내지 500,000 g/mol이며, 중량평균분자량(Mw)이 50,000 내지 800,000 g/mol인 것이고,
    상기 다공성 고분자 박막은 두께가 300 nm 내지 3 ㎛이고, 기공 크기가 100 nm 내지 5 ㎛이며, 공극률이 20~80 %이고,
    상기 다공성 고분자 박막은 20~40 ℃의 온도에서 30~60%의 연신배율을 가지는 것인 다공성 고분자 박막.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 다공성 고분자 박막은 의료용, 세포배양용 또는 미용 다공성 고분자 박막인 것인 다공성 고분자 박막.
  13. 제11항에 따른 다공성 고분자 박막을 포함하는 세포배양용 지지체.
  14. 제13항에 따른 세포배양용 지지체를 포함하는 세포배양 장치.
  15. 유기용매에 생분해성 고분자 탄성체 및 수용성 흡습제를 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계;
    폐쇄 챔버 내에서 기판 상에 상기 혼합용액을 도포한 후 65~90%의 상대습도에서 스핀 코팅하여 다공성 고분자 박막을 형성하는 단계;
    상기 다공성 고분자 박막에 함유된 수용성 흡습제를 제거하는 단계;
    상기 수용성 흡습제가 제거된 다공성 고분자 박막을 연신하는 단계; 및
    상기 연신된 다공성 고분자 박막을 세포 상에 위치시키는 단계;
    를 포함하는 세포배양 장치의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 다공성 고분자 박막의 수용성 흡습제를 제거하는 단계는 상기 다공성 고분자 박막을 물에 함침시켜 용해된 수용성 흡습제를 제거하는 것인 세포배양 장치의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 다공성 고분자 박막을 연신하는 단계는 연신온도가 20~40 ℃이고, 연신배율은 30~60%인 것인 세포배양 장치의 제조방법.



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KR100558578B1 (ko) * 2003-09-23 2006-03-13 학교법인 포항공과대학교 물을 포함하는 고분자 용액의 스핀코팅에 의한 기공성고분자 필름 제조방법
US20070071790A1 (en) * 2005-09-28 2007-03-29 Northwestern University Biodegradable nanocomposites with enhance mechanical properties for soft tissue
KR101621173B1 (ko) * 2013-11-22 2016-05-13 서울대학교산학협력단 나노스케일의 전달가능한 막의 제조방법 및 그 용도
CN108452689A (zh) * 2017-03-06 2018-08-28 青岛致用新材料科技有限公司 一种高选择性全脂环族聚酰胺纳滤膜及其制备方法
US20180264474A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Northeastern University Folded Multi-Material Microfluidic Devices for Tissue Engineering

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
차봉준 et.al, 수처리용 고분자 분리막소재 기술동향, 고분자 과학과 기술 , 한국고분자학회, Dec. 2011, Vol.22, no.6, pp.553-560*

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